PL220801B1 - Zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych zwłaszcza do inwersyjnej chromatografii gazowej - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych do pomiarów adsorpcji zwłaszcza metodą inwersyjnej chromatografii gazowej.

Inwersyjna chromatografia gazowa jest stosowana do badań fizykochemicznych. Zasadnicza różnica pomiędzy nią a konwencjonalną analityczną chromatografią gazową polega na celu eksperymentu. Nie jest nim rozdzielenie składników mieszanin, ale określenie siły oddziaływań lotnych związków testowych z nielotnym materiałem umieszczonym wewnątrz kolumny chromatograficznej. Na podstawie analizy rodzaju tych oddziaływań i ich wartości można określić właściwości substancji znajdujących się w kolumnie. Parametry retencji oraz inne parametry pików chromatograficznych związków testowych wykorzystuje się do obliczeń charakterystyk badanych substancji. Za pomocą inwersyjnej chromatografii gazowej można określić między innymi właściwości adsorpcyjne adsorbentów z adsorbatami w postaci gazów lub par cieczy. Pod względem przebiegu badania i używanego sprzętu inwersyjna chromatografia gazowa w zasadzie nie różni się od analitycznej chromatografii gazowej.

Zwykle w analitycznej chromatografii gazowej jak i inwersyjnej chromatografii gazowej są powszechnie stosowane detektory cieplno-przewodnościowe i płomieniowo-jonizacyjne. Detektor cieplno-przewodnościowy jest uniwersalnym detektorem reagującym na związki chemiczne charakteryzujące się różnymi zdolnościami przenoszenia ciepła z gazu nośnego. Ten detektor jest łatwy w stosowaniu i ma bardzo szeroki zakres liniowy, a czułość jego wynosi 5-20 ng. Natomiast detektor płomieniowo-jonizacyjny działa na zasadzie spalania związków chemicznych w płomieniu wodoru i powietrza. Ten detektor charakteryzuje się mniejszym zakresem liniowym od poprzedniego i znacznie wyższą czułością 0,1-1 ng.

Powszechnie jest znany problem podczas stosowania tych detektorów w pomiarach adsorpcji metodą inwersyjnej chromatografii gazowej. W przypadku adsorbentu silnie adsorbującego adsorbat. Pik elucyjny jest niewielki i detektor cieplno-przewodnościowy pracuje na granicy wykrywalności, co sprawia, że pomiar adsorpcji jest obarczony znacznym błędem. Natomiast, gdy adsorbent adsorbuje adsorbat w niewielkim stopniu, pik elucyjny jest wysoki i detektor płomieniowo-jonizacyjny pracuje powyżej dopuszczalnego poziomu czułości, jest przeciążony, a pomiar adsorpcji jest błędny. W obu tych przypadkach jest konieczne doświadczalne dostosowanie do czułości detektora masy adsorbentu i wielkości próbki dozowanego adsorbatu. Wymaga to wykonania pewnej liczby pomiarów wstępnych przed rozpoczęciem właściwej serii pomiarów. Ponadto pomiar adsorpcji może być wykonywany w stosunkowo niewielkim zakresie, będąc ograniczony czułością i zakresem liniowej pracy detektora.

Celem niniejszego wynalazku jest uniknięcie opisanych powyżej trudności. Osiągnięto to przez skonstruowanie zespołu detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych z dzielnikiem strumienia gazu nośnego z adsorbatem i z dwoma zaworami czterodrożnymi służącymi do zasilania tego zespołu dodatkowymi strumieniami gazu nośnego.

Zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych do pomiarów adsorpcji metodą inwersyjnej chromatografii gazowej z dzielnikiem strumienia gazu nośnego z adsorbatem i z dwoma zaworami czterodrożnymi charakteryzuje się tym, że wlot gazu nośnego z adsorbatem jest połączony ze stożkową komorą dzielnika i w niej znajduje się przesuwana śrubą mikrometryczną kalibrowana kapilara, której część jest w walcowej komorze dozownika, a komory stożkową i walcową rozdziela uszczelka.

Zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych do pomiarów adsorpcji metodą inwersyjnej chromatografii gazowej z dzielnikiem strumienia gazu nośnego z adsorbatem i z dwoma zaworami czterodrożnymi charakteryzuje się tym, że w pierwszej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika połączonego ze stożkową komorą dzielnika jest połączony z wlotem do detektora płomieniowo-jonizacyjnego i wlot pomocniczego gazu nośnego jest połączony z wylotem, a w drugiej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika połączonego ze stożkową komorą dzielnika jest połączony z wylotem i wlot pomocniczego gazu nośnego jest połączony wlotem do detektora płomieniowojonizacyjnego oraz w pierwszej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika połączonego z walcową komorą dzielnika jest połączony z wlotem do detektora płomieniowo-jonizacyjnego i wlot pomocniczego gazu nośnego jest połączony z wylotem, a w drugiej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika połączonego z walcową komorą dzielnika jest połączony z wylotem i wlot pomocniczego gazu nośnego jest połączony z wlotem do detektora płomieniowo-jonizacyjnego.

PL 220 801 B1

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wykonanie pomiarów adsorpcji równocześnie za pomocą detektora cieplno-przewodnościowego i detektorów płomieniowo-jonizacyjnych. Zastosowanie dzielnika strumienia gazu nośnego rozdzielającego detektory umożliwia dostosowanie stężenia adsorbatu w gazie nośnym do ich czułości. W przypadku, gdy stężenie adsorbatu w gazie nośnym jest niewielkie, pomiar stężenia wykonuje się za pomocą jednego z detektorów płomieniowo-jonizacyjnych. Zastosowanie dwóch detektorów płomieniowo-jonizacyjnych mierzących stężenie adsorbatu w gazie nośnym w obu strumieniach gazu wychodzących z dzielnika pozwala na dokładne określenie ilościowe stężenia adsorbatu. W przypadku dużych stężeń adsorbatu w gazie nośnym jest możliwe niezależne odłączenie każdego z dwóch detektorów płomieniowo-jonizacyjnych i niezależne podłączenie ich do dodatkowych dwóch strumieni gazu nośnego, celem uniknięcia zakłóceń w ich pracy.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat ideowy gazowych połączeń zespołu detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnego, fig. 2 przedstawia schemat dzielnika strumienia gazu nośnego z adsorbatem i schemat podłączenia dwóch stożkowych zaworów czterodrożnych w przekroju poprzecznym, a fig. 3 przedstawia schemat połączenia zespołu detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnego z urządzeniami pomiarowymi.

Zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnego (fig. 1) składa się z bloku detektora cieplno-przewodnościowego (1), bloku dzielnika strumienia gazu nośnego i dwóch stożkowych zaworów czterodrożnych (2) i bloku dwóch detektorów płomieniowo-jonizacyjnych (3).

W torze pomiarowym gaz nośny (4) przepływa przez zawór iglicowy (5), komorę dozującą adsorbatu (6) i rurkę sorpcyjną z adsorbentem (7). Następnie gaz nośny z adsorbatem z rurki sorpcyjnej przez wlot (8) przepływa do dwóch przeciwsobnych detektorów cieplno-przewodnościowych (9). Detektory te służą do pomiaru stężenia adsorbatu w gazie nośnym. Następnie gaz nośny z adsorbatem przez wylot (10) i wlot (11) jest kierowany do bloku dzielnika strumienia gazu nośnego.

Tor porównawczy (12) do toru pomiarowego składa się z zaworu iglicowego (13) regulującego przepływ gazu nośnego, komory dozującej (14), rurki sorpcyjnej (15), wlotu (16) do dwóch przeciwsobnych detektorów cieplno-przewodnościowych (17). Detektory te stanowią układ odniesienia do dwóch przeciwsobnych detektorów cieplno-przewodnościowych (9). Następnie gaz nośny z toru porównawczego przez wylot (18) opuszcza zespół detektorów.

W bloku dzielnika strumienia gazu nośnego gaz nośny z adsorbatem wpływa przez wlot (11) do stożkowej komory dzielnika (19) (fig. 2). Wewnątrz niej znajduje się przesuwna kalibrowana kapilara (20), której część umieszczono w walcowej komorze dozownika (21), oddzielonej uszczelką (22) od stożkowej komory dzielnika (19). Obie komory są połączone przez kalibrowaną kapilarę. Podział strumienia gazu nośnego z adsorbatem na dwie części następuje w stożkowej komorze dozownika.

Pierwszy z nich przepływa okrągłą szczeliną, jaką tworzą ścianka boczna stożkowej komory i przesuwna kalibrowana kapilara. Następnie ten strumień kanalikiem (23) przepływa do zaworu czterodrożnego (24). Z zaworu czterodrożnego przepływa przez wylot (25) i wlot (26) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27).

Drugi strumień gazu nośnego z adsorbatem przepływa przez przesuwną kalibrowaną kapilarę i umieszczoną w niej szczelinę (28) do walcowej komory dozownika (21) i kanalikiem (29) do zaworu czterodrożnego (30). Z zaworu czterodrożnego przepływa przez wylot (31) i wlot (32) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (33).

Jeżeli stężenie adsorbatu w gazie nośnym jest wysokie, możliwe jest wówczas przesunięcie kalibrowanej kapilary za pomocą śruby mikrometrycznej (34) do ścianki bocznej stożkowej komory, tak aby powierzchnia szczeliny w stosunku do powierzchni otworu w kapilarze była niewielka (fig. 2). Wówczas mała część strumienia gazu nośnego z adsorbatem jest kierowana przez zawór czterodrożny (24) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27). Pozostała większa część strumienia gazu nośnego z adsorbatem przez otwór w kapilarze, walcową komorę dozownika, zawór czterodrożny (30) przepływa do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (33). Możliwe jest także dociśnięcie kalibrowanej kapilary do ścianki bocznej stożkowej komory tak, że przepływ gazu nośnego do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27) zostanie zamknięty i cały strumień tego gazu zostanie skierowany do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (33).

W przypadku, gdy stężenie adsorbatu w tym strumieniu gazu nośnego jest wysokie, wówczas detektor płomieniowo-jonizacyjny (33) może być przeciążony, co może powodować błędy pomiarowe. Aby tego uniknąć zawór czterodrożny (30) zostaje przestawiony w drugą pozycję roboczą. Wówczas pomocniczy gaz nośny z toru (35), którego przepływ reguluje się zaworem iglicowym (36), jest dopro4

PL 220 801 B1 wadzony do wlotu (37), gdzie przez zawór czterodrożny (30) jest kierowany do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (33). Jednocześnie gaz nośny z adsorbatem przez kanalik (29) i zawór czterodrożny (30) przepływa do wylotu (38). Takie rozwiązanie uniemożliwia zakłócenia pracy detektora w przypadku dużych stężeń adsorbatu w gazie nośnym. Analogiczne rozwiązanie zastosowano do ochrony d etektora płomieniowo-jonizacyjnego (27). Po przestawieniu w drugą pozycję roboczą zaworu czterodrożnego (24), gaz nośny z adsorbatem z kanalika (23) jest doprowadzony do wylotu (39), pomocniczy gaz nośny z toru (40), którego przepływ reguluje się zaworem iglicowym (41) jest doprowadzony do wlotu (42), gdzie przez zawór czterodrożny (24) jest kierowany do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27).

Detektor płomieniowo-jonizacyjny (27) jest zasilany wodorem przez tor (42), zawór iglicowy (43) i wlot (44) oraz powietrzem przez tor (45), zawór iglicowy (46) i wlot (47).

Detektor płomieniowo-jonizacyjny (33) jest zasilany wodorem przez tor (48), zawór iglicowy (49) i wlot (50) oraz powietrzem przez tor (51) zawór iglicowy (52) i wlot (53).

Sygnał z detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27) jest wzmacniany w elektrometrze (54), a sygnał z detektora płomieniowo-jonizacyjnego (33) w elektrometrze (55) (fig. 3).

Sygnał z detektorów cieplno-przewodnościowych (9) i (17) jest wzmacniany w katarometrze (56). Analogowe sygnały z elektrometrów i katarometru są przetwarzane w przetworniku analogowocyfrowym (57). Dane z przetwornika są przetwarzane i zapisywane w komputerze z odpowiednim oprogramowaniem (58).

Claims (2)

1. Zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych zwłaszcza do inwersyjnej chromatografii gazowej z dzielnikiem strumienia gazu nośnego z adsorbatem i z dwoma zaworami czterodrożnymi, znamienny tym, że wlot (11) gazu nośnego z adsorbatem jest połączony ze stożkową komorą dzielnika (19) i w niej znajduje się przesuwana śrubą mikrometryczną (34) kalibrowana kapilara (20), której część jest w walcowej komorze dozownika (21), a komory stożkową (19) i walcową (21) rozdziela uszczelka (22).

2. Zespół detektorów cieplno-przewodnościowego i płomieniowo-jonizacyjnych zwłaszcza do inwersyjnej chromatografii gazowej z dzielnikiem strumienia gazu nośnego, z adsorbatem i z dwoma zaworami czterodrożnymi, znamienny tym, że w pierwszej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego (24) strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika (23) połączonego ze stożkową komorą dzielnika (19) jest połączony z wlotem (26) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27) i wlot (42) pomocniczego gazu nośnego jest połączony z wylotem (39), a w drugiej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego (24) strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika (23) połączonego ze stożkową komorą dzielnika (19) jest połączony z wylotem (39) i wlot (42) pomocniczego gazu nośnego jest połączony wlotem (26) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (27) oraz w pierwszej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego (30) strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika (29) połączonego z walcową komorą dzielnika (21) jest połączony z wlotem (32) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (31) i wlot (37) pomocniczego gazu nośnego jest połączony z wylotem (38), a w drugiej pozycji roboczej zaworu czterodrożnego (30) strumień gazu nośnego z adsorbatem z kanalika (29) połączonego z walcową komorą dzielnika (21) jest połączony z wylotem (38) i wlot (37) pomocniczego gazu nośnego jest połączony z wlotem (32) do detektora płomieniowo-jonizacyjnego (31).